第六章 列车自动控制(ATC)系统

1、城市轨道交通信号与通信系统 -列车自动控制（ATC）系统 内容提要 1.掌握ATC系统的组成和功能 2.掌握ATC系统控制模式转换条件 3.了解不同制式ATC系统的特点 4.掌握ATP的基本概念 5. 掌握ATP设备的组成及功能 6.熟悉ATP的基本工作原理ATC系统综述 ATC系统的组成和功能 列车自动控制(ATC-Automatic Train Control)系统包括三个子系统：列车自动防护(ATP-Automatic Train Protection)、列车自动运行(ATO-Automatic Train Operation)、列车自动监控(ATS-Automatic Train Su

2、pervision)。 ATS功能 联锁功能 列车检测功能 ATC功能 PTI(列车识别)功能。ATC系统综述ATC系统综述 ATC系统的水平等级为确保行车安全和线路最大通过能力，根据国内外的运营经验，一般最大通过能力小于30对h的线路宜采用ATS和ATP系统，实现行车指挥自动化及列车的超速防护。在最大通过能力较低的线路，行车指挥可采用以调度员人工控制为主的CTC(调度集中)系统。最大通过能力大于30对h的线路，应采用完整的ATC系统，实现行车指挥和列车运行自动化。ATC系统综述 ATC系统选用原则ATC系统应采用安全、可靠、成熟、先进的技术装备，具有较高的性能价格比；城市轨道交通运营线路宜采

3、用准移动闭塞式ATC系统或移动闭塞式ATC系统，也可以采用固定闭塞式ATC系统。ATC系统构成水平的选择按前述原则执行。ATC系统综述 不同闭塞制式的ATC系统固定闭塞式ATC系统准移动闭塞式ATC系统移动闭塞式ATC系统。ATC系统综述 不同结构的ATC系统 点式ATC系统 连续式ATC系统 ATC系统综述 点式ATC系统的基本结构地面应答器轨旁电子单元(LEU，又称为信号接口)车载设备。ATC系统综述点式点式ATCATC系统的基本原理系统的基本原理点式点式ATCATC系统的车载设备接收信号点或标志点系统的车载设备接收信号点或标志点的应答器信息，还接收列车速度和制动压力的应答器信息，还接收列

4、车速度和制动压力信息，输出控制命令和向司机显示。地面应信息，输出控制命令和向司机显示。地面应答器向列车传送每一信号点的允许速度、目答器向列车传送每一信号点的允许速度、目标速度、目标距离、线路坡度、信号机号码标速度、目标距离、线路坡度、信号机号码等信息。车载中央控制单元根据地面应答器等信息。车载中央控制单元根据地面应答器传至车上的信息以及列车自身的制动率传至车上的信息以及列车自身的制动率( (负加负加速度速度) )，计算得出的两个信号机之间的速度监，计算得出的两个信号机之间的速度监控曲线。控曲线。ATC系统综述n 地车之间的数据传递地车之间的数据传递地面地面- -车上应答器之间的数据传递是一种按

5、协议车上应答器之间的数据传递是一种按协议的串行数码传输方式，电码以频移键控方式传送，的串行数码传输方式，电码以频移键控方式传送，为了防止干扰，载频通常在为了防止干扰，载频通常在800kHz-1MHz800kHz-1MHz之间，之间，数码速率一般为数码速率一般为50kbit50kbits s。信息码一般包括以。信息码一般包括以电码组合的方式来传递有关信息。电码组合的方式来传递有关信息。点式点式ATCATC系统的主要缺点是信息传递的不连续性，系统的主要缺点是信息传递的不连续性，有时会对列车运行造成不利影响。有时会对列车运行造成不利影响。ATC系统综述l连续式连续式ATCATC系统系统l连续式连续式

6、ATCATC系统可分为有线与无线两大类系统可分为有线与无线两大类采用轨道电路的连续式采用轨道电路的连续式ATCATC系统系统vATCATC系统有速度码系统和距离码系统两种系统有速度码系统和距离码系统两种v速度码系统通常使用频分制方法，采用的是速度码系统通常使用频分制方法，采用的是移频轨道电路，即用不同的频率来代表不同的移频轨道电路，即用不同的频率来代表不同的允许速度。允许速度。ATC系统综述v距离码系统从地面传至车上，是前方目标点的距离等一系列基本数据，车载计算机根据地面传至车上的各种信息(包括区间的最大限速、目标点的距离、目标点的允许速度、区间线路的坡度等)以及储存在车载单元内的列车自身的固

7、有数据(如：列车长度、常用制动及紧急制动的制动率、测速及测距信息等)，实时计算出允许速度曲线，并按此曲线对列车的实际运行速度进行监控。 ATC系统综述 采用轨间电缆的ATC系统利用轨间铺设的电缆传输信息。控制中心储存线路的固定数据，区间线路坡度、弯道、缓行区段的位置及长度等。该类ATC系统主要由控制中心设备、轨间传输电缆及车载设备组成。 ATC系统综述无线ATC系统 v无线通信有采用波导管、漏泄电缆和无线空间天线三种方式。v地面编码器生成编码信息，通过天线向车上发送。信号显示控制接口负责检测要发送的信号显示，并从已编程的数据中选出有用数据送编码器，同时选出与限制速度、坡度、距离等有关的轨道数据

8、。编码器用高安全度的代码将这些数据编码，经过载波调制，馈送至无线通道向机车发送。车上接收设备接收限制速度、坡度、距离后，由车载计算机计算出目标速度，对机车进行监控。ATC系统综述 ATC系统控制模式 控制中心自动控制模式；控制中心自动控制时的人工介入控制或利用ATC系统的人工控制模式；车站自动控制模式；车站人工控制模式。 以上控制等级遵循的原则是：车站人工控制优先于控制中心人工控制、控制中心人工控制优先于控制中心的自动控制或车站自动控制。ATC系统综述 控制模式间的转换 转换至车站操作。强制转换至车站操作。转换至控制中心ATS操作ATC系统综述 驾驶模式及模式转换 驾驶模式v列车自动运行驾驶模

9、式；v列车自动防护驾驶模式；v限制人工驾驶模式；v非限制人工驾驶模式。v还有自动折返驾驶模式。ATC系统综述列车驾驶模式转换v列车驾驶模式转换的规定uATC系统控制区域与非ATC系统控制区域的分界处，应设驾驶模式转换区(或称转换轨)，转换区的信号设备应与正线信号设备一致。u驾驶模式转换可采用人工方式或自动方式，并应予以记录。当采用人工方式时，其转换区域的长度宜大于一列车的长度。当采用自动方式时，应根据ATC系统的性能特点确定转换区域的设置方式。ATC系统综述uATC系统宜具有防止列车在驾驶模式转换区域，未将驾驶模式转换至列车自动运行驾驶模式或列车自动防护驾驶模式，而错误进入ATC系统控制区域的

10、能力。u为保证行车安全，在ATC控制区域内，使用限制模式或非限制模式时应有破铅封、记录或特殊控制指令授权等技术措施。ATC系统综述v 各种驾驶模式间的切换RM模式切换到SM模式SM模式切换到ATO模式 ATO模式切换到SM模式SMATO模式切换到RM模式SM模式切换到AR模式AR模式切换到SM模式 AR模式切换到RM模式 RM模式切换到关断模式ATC系统综述 ATC系统的可用性ATC系统应满足本系统设备和通信、供电等相关系统设备故障的特殊条件下安全行车的需要。ATC系统应能降级运用，实现故障弱化处理，满足故障复原的需要信号系统降级运用是指系统由自动控制降级为人工控制，由遥控变为局控，由实现全部

11、功能至仅完成部分功能等ATC系统综述车载ATC系统的设计指标具有非常高的可靠性和实用性。ATP和ATO的主控器中有结构配置数据，能确定驾驶模式转换的条件。ATO地面设备与ATS系统通信，ATS系统更新与每个站间运行有关的信息，以便满足时刻表的要求。ATP子系统基本原理 ATP的基本概念 ATP子系统是保证行车安全、防止列车进入前方列车占用区段和防止超速运行的设备。ATP负责全部的列车运行保护，是列车安全运行的保障。 ATP系统执行以下安全功能：速度限制的接收和解码、超速防护、车门管理、自动和手动模式的运行、司机控制台接口、车辆方向保证、永久车辆标识。信号安全技术 ATP系统的功能是对列车运行进

12、行超速防护，对与安全有关的设备实行监控，实现列车位置检测，保证列车间的安全间隔，保证列车在安全速度下运行，完成信号显示，故障报警，降级提示，列车参数和线路参数的输入，与ATS、ATO及车辆系统接口并进行信息交换。ATP是ATC的基本环节，是安全系统，必须符合故障-安全的原则。信号安全技术 ATP设备的组成 采用轨道电路传送ATP信息时，ATP系统由设于控制站的轨旁单元、设于线路上各轨道电路分界点的调谐单元和车载ATP设备组成，并包括与ATS、ATO、联锁设备的接口设备。信号安全技术 连续式ATP系统利用数字音频轨道电路，向列车连续地发送数据，允许连续监督和控制列车运行。当轨道电路区段空闲时，发

13、送轨道电路检测电码。当列车占用时，向轨道电路发送ATP信息。轨道旁的轨道电路连接箱内(发送、接收端各一个)仅有电路调谐用的无源元件，包括轨道耦合单元及长环线。信号安全技术 车载ATP设备完成命令解码、速度探测、超速下的强制执行、特征显示、车门操作等任务。车载ATP设备包括：两套ATP模块(信号处理器和速度处理器)、两个速度传感器和两个接收天线、车辆接口、驾驶室内的操作和控制单元(MMI)等。信号安全技术 ATP系统的主要功能检测列车位置停车点防护超速防护列车间隔控制(移动闭塞时)、临时限速测速测距车门控制记录司机操作信号安全技术 ATP轨旁功能ATP轨旁功能负责列车安全间隔和生成报文，完成对列

14、车安全运行授权许可的发布和报文的准备，这些报文包括安全、非安全和信号信息等。ATP轨旁功能又分为列车安全间隔功能和报文生成功能 ATP传输功能ATP传输功能负责发出报文信号，包括报文和ATP车载设备所需要的其他数据ATP传输功能的输入来至ATP轨旁功能的要传输的报文和相应选择传输方向的控制信号ATP传输功能的输出：感应信号沿着整个轨道区段连续地传输信息，信号利用钢轨作为传输天线，以合适的传输方向发出，只包括报文数据；感应信号利用同步定位环线作为传输天线传输间歇的信号，并提供本地再同步的精确位置信息信号安全技术 ATP车载功能负责列车安全运行，并提供信号系统和司机间的接口。车载功能由下列子功能组

15、成：ATP命令解码、ATP监督功能、ATP服务自诊断功能、ATP状态功能、速度距离功能，以及司机人机接口(MMI)功能信号安全技术 ATP系统的技术要求ATP系统的基本要求vATP系统由列车自动防护的轨旁设备、车载设备和控制区域内的联锁设备组成；联锁设备属于安全系统并纳入ATP系统。v城市轨道交通必须配置ATP系统v闭塞分区的划分或列车运行安全间隔，应通过列车运行模拟确定，并经列车实际运行校验。v城市轨道交通的ATP系统应采用连续式控制方式信号安全技术 ATP车载设备的技术要求ATP系统导致列车停车为最高的安全准则ATP车载设备的车内信号应是行车的主体信号ATP执行强迫停车控制时，应切断列车牵

16、引，列车停车过程不得中途缓解车载信号设备与车辆接口电路的布线，应与其主回路等环节的高压布线分开敷设并实施防护；与车辆电器的接口应有隔离措施。信号安全技术 ATP地面设备的技术要求ATP地面设备宜采用报文式无绝缘轨道电路或适用于其他准移动闭塞、移动闭塞ATC系统的地面设备，也可采用模拟式移频轨道电路。ATC控制区域宜采用无绝缘轨道电路，道岔区段、车辆段及停车场线路可采用有绝缘轨道电路。区间轨道电路应为双轨条回流方式；道岔区段、车辆段及停车场轨道电路可采用单轨条回流方式。相邻轨道电路应加强干扰防护。轨道电路利用兼作牵引回流的走行轨时，装设的横向均流线应不影响轨道电路的正常工作。信号安全技术ATP地

17、面设备向ATP车载设备传送的允许速度指令或线路状态、目标速度、目标距离等信息，应满足ATP车载设备控制方式和控制精度的需要。信号安全技术 ATP的基本工作原理列车检测采用轨道电路等作为列车检测设备列车自动限速ATP车载设备列车实际速度与列车允许速度进行比较。当列车速度超过列车允许速度时，ATP的车载设备就发出制动命令，发出报警后控制列车进行常用全制动或实施紧急制动，使列车自动地制动；当列车速度降至ATP所指示的速度以下时，便自动缓解信号安全技术目标速度和目标距离 ATP轨旁设备向在其控制范围内的列车分配一个“目标距离”，再由轨道电路生成代码，通知列车前方有多少个未占用的区段，接着，车载ATP车

18、载设备调用存储器里的信息，决定在列车任何时刻列车的运行速度和可以运行的最远距离，确保在抵达障碍物或限制区之前安全停车制动模式分为：分级制动模式和一级制动模式信号安全技术测速与测距测速有车载设备自测和系统测量两种方法测距通过测速与轮径完成，距离测量系统记录车轮旋转的次数，考虑运行方向和车轮直径，计算出列车走行的距离速度限制速度限制分为固定限速、临时限速、在道岔或道岔前方的限速、具有短安全轨道停车点的限速。信号安全技术常用制动和紧急制动v 常用制动是直接控制列车主管压力使机车制动与缓解，不影响原有列车制动系统的功能v 紧急制动是将压缩空气全部排入大气，使副风缸内压缩空气很快推动活塞，施行制动，使列车很快停下来停站包括：车站程序停车和车站定位停车 车门控制 v左右车门选择由车门开启命令来执行，此命令通过轨旁ATP系统取得信号安全